頭前溪河口段工程模型試驗計畫－數模(2/2)(附光碟)

頭前溪河口段歷年來變遷頗為顯著，由於工程執行規劃牽涉河口段複雜水理、輸砂及相關保護措施最佳化之設計規劃，水規所雖已辦理物模計畫中，但物模假設與執行相較數模簡化且耗時費力。為評估河口段之長期穩定趨勢，本計畫擬延續99年度數模計畫工作，配合水規所物模之進度，藉由CCHE2D與CCHE2D-Coast河口動床數模工具與物模交互搭配驗證，以提供河口段治理工程執行可能之修正與後續長期穩定評估之參考。 本研究評估零方案與實施工程完成後，河口段之流況、底床沖淤等情形，同時配合水規所物模試驗之簡化條件，進行模式驗證，經數模與物模完成驗證後，再挑選建議方案進行短期、長期與河防安全等評估工作，以提供頭前溪河口段治理規劃與工程執行參考。 一、頭前溪河口段相關文獻與基本資料之蒐集與彙整 本計畫蒐集頭前溪河口段過去相關研究文獻、水文、地文等基本資料，以及分流工、透水性構造物、丁壩、感潮河段水理輸砂機制等文獻，以做為相關評估與數模模擬之參考。 二、頭前溪河口段二維動床數模模擬驗證 在與水規所物模試驗之驗證中，數模與物模假設相同邊界、地形與初始條件進行模擬，採用Q2、Q10、Q20與Q100之定量流進行水理試驗，配合下游固定暴潮位4.0公尺。由誤差分析圖觀察，數模模擬與物模試驗實測水位趨勢相近；在現場實際尺度下，數模與物模實測水位之平均絕對誤差約為正負12.3公分、平均相對誤差約為2.62%，顯示水位數模結果已具有頗高之可信度。舊港島左右股流路分流量驗證方面，物模與數模分流量模擬結果亦趨勢相近。 本計畫研擬數組不同角度、長度之舊港島分流工進行比較，舊港島分流工角度與長度之定義，角度以東西向為水平軸，順時針方向之夾角稱為其角度；長度自舊港島上游頂端，向上游河道延伸至末端視為長度。方案模擬方面，模擬包括零方案、無分流工案、設計案、99年數模建議案及流路調整案。在綜合評估舊港島左右股分流量、河床回淤分布、水位與河防安全等因素，數模擬訂分流工角度55度、長度300公尺為建議方案。惟無論數模或物模評估結果，數模建議案與原設計案(角度50度、長度340公尺)於河口段分流量、沖淤、水位等之差異不大，因此數模建議分流工可先行進行施工，再依後續現場洪水過後狀況進行調整。 三、頭前溪河口段短期與長期穩定分析 頭前溪河口入流段配合疏濬調整流路方面，上游流路經調整後，舊港島左右股無論Q20或Q100流量下，右股之分流量皆有增加趨勢，整體來說，改善上游深槽流路後，雖仍有淤積趨勢，但流路可調整偏向河道中央，應有助於提升右股流路之分流量，惟建議後續再從物模試驗進行機制觀察，以瞭解水砂運移關係。 數模建議案在不同重現期距流量下之底床淤積量比較方面，採用不同輸砂公式進行比較。就斷面0~斷面7河段而言，單一場Q5洪水對約造成3.86~3.9萬立方公尺之淤積量，Q20洪水約造成6.62~6.93萬立方公尺之淤積量，Q100洪水約造成10.5~12.2萬立方公尺之淤積量，連續3場Q5洪水約造成9.6~11.2萬立方公尺之淤積量。 四、頭前溪河口段河防安全檢討 在河防安全評估方面，數模建議案在Q100洪水下，研究河段之模擬水位皆小於98年頭前溪治理規劃檢討後公告之計畫洪水位，顯示河口段與舊港島左右股流路疏濬後，將可提升河口與舊港島之河防安全。 舊港島分流工與苦苓腳丁壩基腳沖刷潛勢方面，除了分流工前端區域因水流方向交角大，有基腳沖刷潛勢，其餘部分與水流方向之交角低於30度，屬低度沖刷潛勢。苦苓腳丁壩工區域，一號丁壩壩頭區域之水流擾動情形較為明顯，有較高基腳沖刷潛勢，二號至四號丁壩區域之流速則有逐漸減緩趨勢。 五、頭前溪河口段長期穩定之改善建議 根據數模推估之舊港橋與白地橋水位率定曲線結果，河口段工程執行後，相同流量、潮位條件下，舊港橋與白地橋水位約可降低1公尺，惟此水位降低成效為工程執行設計標準下之基礎，因此若舊港橋與白地橋區域淤積深度已達1公尺，建議應辦理疏濬以維持原設計之通洪能力。此外，舊港島分流工左右區域較易產生淤積，建議進行定期疏濬，以維持分流工設計功能。 受到水流沖擊作用，舊港島分流工前端與苦苓腳凹岸之一號丁壩，有較高基腳沖刷潛勢，建議應定期進行觀測或維護。此外，建議後續可再針對頭前溪入流段之流路整理進行檢討，雖目前數模評估流路經整理後，應可增加右股流路約3.4%~7.9%之分流量，但相關數模成果仍有待驗證。